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如果人掉进黑洞会被“拉成面条”吗?给地球人的黑洞指南

2019-4-12 环球解密

“事件视界望远镜(Event Horizon Telescope)计划”于10日晚间公开人类史上首张“黑洞照片”,写下天文史新页。但对于黑洞这个宇宙中最神秘天体,人们好奇究竟什么是黑洞,人如果跌入黑洞会怎么样呢?《纽约时报》(The New York Times)特别为所有的“地球生灵”,整理出几条有关“黑洞”的有趣指南。

黑洞是个饥饿的野兽

黑洞会吞噬所有靠近它的一切,就连光也无法抵抗它的强大引力,而周遭的所有行星、恒星、气体,都成为滋养黑洞的养分。

黑洞的边缘被称为“事件视界”(event horizon),是一条没有归路的边界,千万注意要远离这条边界,因为一旦过了边界,就连光都会被吸入黑洞,没有办法逃脱,而没有任何东西比光速还快。

几乎我们知道的全部宇宙运作机制,都取决于黑洞

可能有些人想错了,或者我们不得不承认,人类仍然不具备瞭解宇宙奥秘的能力。黑洞火墙悖论质疑最明确的科学理论。爱因斯坦(Albert Einstein)、波尔钦斯基(Joseph Polchinski)、霍金(Stephen Hawking),或者根本没有人知道;如果我们能够真正知道物理资讯在黑洞内会发生什么变化,我们对于宇宙的一切知识都可能改变。

註:火墙悖论(firewall paradox)是物理学上一个假说,认为当观察者落入黑洞的事件视界,会遭遇高能量子密集聚在一起而形成的“火墙”。此概念由阿姆黑利(Ahmed Almheiri)、马若夫(Donald Marolf)、波尔钦斯基和苏利(James Sully)等4位物理学家于2012年提出,但学界对此仍有争议,因为其违反爱因斯坦广义相对论中的“等效原理”。

过去对于“双黑洞”产生重力波的想象图。

如果不小心掉入黑洞,目前还不清楚你究竟会怎么死

人掉进黑洞,会被重力撕成碎片呢?还是火墙会直接让你消失?又或者你身体内的某些“本质”会因为黑洞而浮现?学界始终没有定论。

根据爱因斯坦1915年的广义相对论,如果你掉入黑洞,重力还来不及将你“拉成面条”,你就会先毫发无损的落入“事件视界”,最终被塞进奇异点(Singularity)里,也就是黑洞中密度趋近于无限的核心。

但波尔钦斯基和他的团队则以量子理论反驳,认为事件视界将会成为一道炙热的能量火墙,将你的身体直接烧成碎片。

霍金的观点则保留了上述两种理论。霍金在2014年1月表示,黑洞并不是我们所想的那样,“没有事件视界,也没有奇异点,他们就是不相同。”根据霍金的说法,黑洞的边缘被称为时空的第四维度,像天气一般波动,因此不认为有清晰的边界。

霍金所说的黑洞边缘,就像是一个“光线的炼狱”,光线试着逃离黑洞,但却缓慢的消散并向内移动,却又未被拉进奇异点。霍金说,事件视界始终保持不变,甚至因为黑洞缓慢的能量外泄而缩小。根据霍金的说法,落入黑洞中,你会被“炒碎”并逸散到太空中,就像“霍金辐射”一样。

黑洞会唱歌

2003年,天文学家法比安(Andrew Fabian)领导的团队利用美国NASA的钱卓拉X射线天文台(Chandra X-ray Observatory)发现了宇宙中最长、最古老、最低沉的“黑洞之歌”。尽管这对人耳来说实在太低沉,无论如何人都不可能直接听见。

黑洞控制星系的大小

天文学家认为,当星系物质在黑洞周围旋转、升温时,形成的能量会射出X射线,这些X射线能为类星体(quasar)提供能量。

几乎每个星系都有黑洞

虽然在地球附近没有黑洞,但几乎在每一个星系,包括我们自己所在的银河系,以及地球上可观测到的1000亿个星系,都有黑洞存在的迹象。

黑洞是恒星的墓碑

1967年7月2日,一颗卫星记录到来自外太空的一次伽马射线爆发,现在回想起来,这可能是第一个表明黑洞真实存在的迹象。时至今日,科学家们相信伽马射线爆发,代表着垂死恒星嚥下的最后一口气,以及相当恒星质量大小的黑洞诞生。

“黑洞无毛”

2011年3月28日,天文学家观测到距离40亿光年外的一次伽马射线爆发,是人类首次观察到可能有一个蛰伏的黑洞吞了一颗星星。但无论黑洞吞了什么,吞了一颗恒星、一头驴子、一台iPhone,或是吞了你的高中老师,结果都是一样的。

正如物理学家惠勒(John Archibald Wheeler)所说的“黑洞无毛”(A black hole has no hair),意即黑洞只有质量、角动量以及电荷三个守恒量,其他任何物质所具备的性质都不存在。

循着光亮,探索黑暗

因为光线无法逃离黑洞,所以要看见里面的东西是不可能的。拍下黑洞边缘的影像非常困难,要获得清晰的图像更是一件大事。

黑洞并非永恒

随着“霍金辐射”泄漏到宇宙,量子效应显示黑洞最终将会蒸发。但要使黑洞完全蒸发殆尽,需要比宇宙的年龄还要好几倍长的时间。

欧洲的大磁铁不会摧毁这颗星球

在欧洲核子研究组织(CERN)2008年启用大型强子对撞机(LHC)前,反对者忧心它可能制造出黑洞,吞没地球。他们10多年前也曾对美国布鲁克黑文国家实验室的相对论性重离子对撞机(RHIC)发出类似疾呼。但根据他们的计算方法,穿透地球大气层的超高能宇宙射线每年约在地球上形成100个微小黑洞,如果这是个问题,那么地球早就已经崩塌成“无限”。

2008年6月,安全审查宣布LHC实验安全无虞后,实验正式开始,结果地球不但没有毁灭,人类还发现了俗称“上帝粒子”的希格斯玻色子(Higgs boson)。

在欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机。

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